calculo perdidas en la fibra

Perdidas en la Fibra Óptica

0.1

1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

PERDIDAS (dB/Km)

FRECUENCIA EN BANDA BASE (MHz)

ATENUACION EN DIVERSOS MEDIOS DE TRANSMISION

Pares metálicos Cable coaxial 1.2/4.4

Cable coaxial 2,6/9,5

FIBRA MULTIMODO

FIBRA MONOMODO

1. Pérdidas

Las pérdidas son definidas como aquellas circunstancias de tipo físico que hacen que la señal luminosa de entrada se vaya degradando a medida de que vaya recorriendo la fibra.

Matemáticamente se define como la relación entre las potencias luminosas tanto de salida como de entrada.

Pérdida = 10 log dB Potencia de salida

Potencia de entrada

La fibra en si por estar construida con materiales no ideales, también posee su coeficiente de atenuación el cual está expresado en dB/Km.

Coeficiente de pérdida = 10 logPotencia de salida

Potencia de entrada

1

Longitud de la fibra

PROBLEMAS DE ATENUACIÓN EN LA FIBRA OPTICA

Perdidas intrínsecas.

- Pérdidas causadas por radiación ultravioleta o infrarroja: Debidas a la interacción de esta clase radiaciones con las moléculas del núcleo.

Fotones moléculas del núcleo Moléculas del núcleo Fotones de baja energía vibrando


-Perdidas por efecto Rayleigh:

Ocasionadas por impurezas internas de la fibra, por lo general de diámetros mas pequeños que la longitud de onda incidente. Matemáticamente se expresa así:

Constante de Rayleigh

(longitud de onda)4


Pérdida =

Longitud de onda =C/f

Perdidas externas.

- Pérdidas debidas a impurezas:El sílice con el cual está constituida la fibra viene por lo general acompañadas de iones metálicos (Fe, Co, Ni, Cr son los mas usuales) así como iones hidroxilo (OH ).


-Curvaturas de la fibra.

Exceso de radio de curvatura permitido en el proceso de enrrollamiento de la fibra.

Curvatura excesiva


Perdidas por microcurvaturas:

-Son curvaturas causadas por defectos en la irregularidad del diámetro y concentricidad del núcleo, estos defectos son hecho en el proceso de fabricación de la fibra.

- Otros factores, tales como el tratado físico de la fibra.

Es necesario destacar que la atenuación no depende de la frecuencia de transmisión de la señal que se está enviando, como ocurre en el cable de cobre, si-no que depende de la longitud de onda a la cual se está transmitiendo.


DispersiónSe entiende como dispersión el efecto de deformación del pulso de salida recibido en un extremo de la fibra con respecto al pulso de entrada transmitido en el otro extremo.

Pulso transmitido

Pulso recibido

La dispersión es causada por la naturaleza misma de la fibra, tal como su constitución (Monomodo o Multimodo), la calidad de la fibra y la cantidad de señal perdida por unidad de longitud.


1 0 1 1 ? 1

- Dispersión modal: generada por la misma naturaleza de la fibra multimodo.

-Dispersión espectral, intramodal o del material, relacionada con el hecho de que a cada longitud de onda, le corresponde una velocidad de propagación, dependiendo del índice de refracción correspondiente.

LA SUMA CUADRÁTICA DE LAS DOS ANTERIORES NOS DA UNA DISPERSIÓN DENOMINADA DISPERSIÓN CROMÁTICA, DENOMINADA ASI POR LAS DIVERSAS LONGITUDES DE ONDA ASOCIADAS A LA LONGITUD DE ONDA CENTRAL.

- Dispersión por efecto guiaondas: Dispersión debida a los parámetros geométricos y ópticos de la fibra.


CLASES DE DISPERSION

PERDIDAS POR REFLEXION

Se denomina reflexión a la cantidad de potencia que se devuelve hacia la fuente de origen, esto debido a que en el punto de terminación de la fibra existe una superficie lisa reflejante, la cual es generada al cambiar bruscamente el índice de refracción del material del núcleo de la fibra hacia el aire

Potencia incidentePotencia reflejada

Reflexión = 10 log Potencia reflejada

Potencia incidente


La sumatoria de todas las reflectancias a lo largo de una fibra óptica se denomina

PERDIDA OPTICA DE RETORNO (ORL).

Es de destacar que la principal fuente de perdidas por reflexión son los conectores, en el

cual se pueden apreciar las denominadas reflexiones de Fresnel, reflexiones debidas a las irregularidades en los extremos de las fibras.

Pérdida por reflexión Fresnel = 10 log (1 - ( ) ) n - 1

n + 1

2

APERTURA NUMERICA DIAMETRO DEL NUCLEO DIAMETRO DEL RECUBRIMIENTO DEFECTOS EN

NO COICIDENTE NO COINCIDENTE NO COINCIDENTE EXCENTRICIDAD


PERDIDAS ASOCIADAS A LAS UNIONES DE LAS FIBRAS.

SEPARACION LONGITUDINAL DE LOS EXTREMOS

DESPLAZAMIENTO TRANSVERSAL DE LOS EXTREMOS

DESVIACION ANGULAR DE LOS EJES

n1 n2 DIFERENTES INDICES DE REFRACCION


EVENTO.Evento se denomina a cualquier interrupción brusca en el índice de refracción del núcleo que implique una disminución en la señal aplicada a esta.

EVENTOS REFLECTIVOS: Son aquellos que introducen tanto reflexión como atenuación.

- Empalmes mecánicos.

- Conectores.

-Rupturas físicas de la fibra.

EVENTOS NO REFLECTIVOS: Son aquellos que solamente introducen atenuación.

- Empalmes por fusión.

- Microcurvaturas.

- Impurezas internas de la fibra.


O.T.D.R.

Instrumento diseñado para hacer la localización de los eventos tanto reflectivos como no reflectivos y dar una indicación tanto gráfica como numérica de la posición en distancia y su correspondiente atenuación y posible reflectancia de estos eventos.

Reflectómetro óptico de dominio temporal

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: El OTDR mide las características de transmisión por medio de un pulso de luz que envía a través de la fibra bajo prueba.

Es de notar que este pulso cuando esta viajando a través de la fibra, va a ser atenuado por los siguientes factores:

COEFICIENTE DE RETRODUFUSION DE RAYLEIGH:

Este fenómeno se basa en el hecho de que en todos los puntos de la fibra existen impurezas, por lo general de menor tamaño que la longitud de onda de la luz del pulso enviado, las cuales esparcen la energía de esta luz en el choque con estas, por lo que solo una fracción de esta luz va a permanecer dentro del núcleo y puede regresar el punto de origen

Luz dispersada

ImpurezasLuz reflejada por dispersión

O.T.D.R.

Es de deducirse que la retrodifusión de Rayleigh depende de forma inversamente proporcional con respecto a la longitud de onda del la luz incidente (aumento proporcional en l ).

Matemáticamente, la fórmula de la función de retrodispersión de Rayleigh es la siguiente:

4

P(t) = E R a v eR g

-2 a /2 vgt

Donde:

E = Amplitud del pulso incidente.

R = Potencia óptica que regresa al emisor.

= Coeficiente de atenuación debido a efecto Rayleigh.

V = (=c/n) es la velocidad media del grupo ~ 2,03 x 10 , para un índice de refracción de 1,47

aR

g8

O.T.D.R.

EVENTOS: Cuando el pulso encuentra un evento, parte o todo el pulso se refleja, volviendo al instrumento, atenuando proporcionalmente el pulso de acuerdo con la pérdida del evento. El OTDR mide el tiempo en que el pulso fue de ida y vuelta hasta el evento, y este pulso lo convierte en distancia.

Luz incidente

O.T.D.R.

Diagrama sinóptico de un OTDR.

Generador de pulsos

LASER

Fibra sometida a prueba

Acoplador óptico

Fibra

Detector

Amplificador de banda ancha

Muestreo

Proceso

Pantalla

O.T.D.R.

Gráfica del trazo OTDR

dB

Km

Empalme

Final de la fíbra

ConectorConector defectusos

O.T.D.R.

ESPECIFICACIONES DEL OTDRRANGO DINAMICO (METODO BELLCORE 98%)

4

8

12

16

20

24

28

14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154

POTENCIA (dB)

DISTANCIA (Km)

Nivel de entrada

Nivel de referencia

98%

O.T.D.R.

El dB (decibel)

Repaso

Es una unidad de medida adimensional y relativa (no absoluta), que es utilizada para facilitar el cálculo y poder realizar gráficas en escalas reducidas.

El dB relaciona la potencia de entrada y la potencia de salida en un circuito, a través de la fórmula:

Una ganancia de 3dB significa que la potencia de salida será el doble de la de entrada.

Una atenuación de 3 dB (ganancia de –3dB) significa que la potencia de salida será la mitad de la de entrada, es decir, si se tratara de una fibra óptica, en esta se estaría perdiendo la mitad de la potencia óptica.

El dBm (decibel miliwatt) Dado que el dB es una medida relativa, cuando es necesaria una medición absoluta de potencia óptica, por ejemplo la que emite un laser, se utiliza el dBm, es decir se toma como referencia (0 dBm) a 1 mw :

Tabla de equivalencias

Repaso

Calculo de perdidas en un cable de fibra óptica

Determinar la potencia óptica requerida (dBm) en el receptor y la enviada por el transmisor, para esto se requiere Calcular atenuación total del sistema.

At = atenuación total del sistema

Pc = Es la atenuación de la fibra óptica (dB/Km)

At = Pc * L + Ae + Ac + Am

Ae = Es la atenuación debida a los empalmes

Ac = Es la atenuación debida a los conectores pigtail

L = Es la longitud total del transmisor al receptor

Am = Atenuación por margen de degradación (AM)

Multimodo

Multimodo 62,5 um• Tiene un limite de 2km• 62,5 /125 um(10Mbps) =

2km• 62,5 /125 um(100Mbps) =

1km• 62,5 /125 um(1Gbps) =

200mts

Multimodo 50 um• 50 /125 um(10/100Mbps) =

2km• 50 /125 um(1Gbps) = 500 m• 50 /125 um(10Gbps) =

300m

Longitud de onda : 850, 1300 alcance 2km

Monomodo

• 1 Gbps= 10 km• 10/100/1000 = 40 km – 160 km• Longitud de onda : 1310 – 1550 nm

Atenuación por empalmes (AE)

Normalmente, y con la tecnología de empalmería actual, la atenuación en cada empalme de fibra óptica es de 0.2 dB.

Atenuación por empalmes (AC)

La atenuación de los pigtail a la fuente o al receptor es de 0.5 dB.

Atenuación por inserción en el trasmisor (Ai)

Atenuación por inserción del LED: =15 dBAtenuación por inserción del LD: = 3 dB

La atenuación por inserción en el receptor es despreciable, 0 dB.

Atenuación por margen de degradación (AM)

La atenuación por margen de degradación de todo el sistema, es de 5.0 dB


Ejercicio 1.

Elaborar el diseño para unir, por medio de fibra óptica, dos equipos de cómputo que se encuentran separados 1300 Metros de distancia y que se necesitan comunicar a una rata de 10 Mbit/seg.


Ejercicio 2.

Se desea hacer la conexión entre dos redes LAN (Local Area Network) que distan 70 Km entre sí y cuya velocidad de transmisión (rata), requerida entre ellas, es de 100 Mbit/seg.


L = Longitud total + reservas + las colas = 1300 +7*30 +30*2 =1,570 Km

- Las reservas son de 30 metros, cada 200 metros - Las colas en cada extremo son de 20 ó 30 metros

Pc* L = 0.5 dB /Km *1,570 Km = 0,785 dB

Suponemos que hay dos empalmes, uno en cada caja terminal.

AE= 2 X 0,2 dB = 0.4 dB

En el diseño deben ir dos conectores unidos a cada pigtail (en la fuente y en el receptor)

AC= 2 X 0.5 dB = 1.0 dB

Am = 5.0 dB


At = 0.785 + 0.4 + 1 + 5 = 7,185 dB



Se utiliza un enlace de fibra Óptica para conectar una cámara remota de video de vigilancia hasta un monitor que está a 3 Km, la camara tiene 10 Mhz de ancho de banda y una salida de video en el estandar NTSC.

En el mercado hay un equipo con las siguientes caracteristicas:

Longitd de onda de trabajo --------- 1310 nmTipo de fibra Óptica ------------ Multimodo 62,5/125 AN = 0,29Ancho de Banda de la Fibra óptica ---- 300MHz x km.Potencia nominal de la salida óptica ---- -15dBmSensibilidad del receptor --------- -25 dBm a S/N 68 dBMaxima Longitud de la Fibra Óptica --- 3 Km

Rango dinámico del receptor -------------- -20dBm a -25 dBm

Para la instalación se necesita dos paneles de conexiones y dos empalmes. ¿Puede utilizarse este equipamiento óptico?. Si es

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